CN101705794A - 一种钻柱用双向抗疲劳短接 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于石油行业钻井工程中使用的一种钻柱用双向抗疲劳短接，特别是用于空气欠平衡钻井。本发明主要由上接头、短接主体和下接头连接组成。所述短接主体由花键外筒、阻尼活塞、油缸、弹簧外筒、上碟簧组、弹簧杆、下碟簧组和缓冲橡胶组成。采用碟簧组和阻尼活塞为串联结构，可同时起到减缓或吸收纵向震动的作用；花键处的缓冲橡胶能起到减缓周向震动的作用，以减少意外扭矩对钻柱的有害作用；短接外壳结构经过空气动力学有限元仿真分析，接头处优化的单叶双曲面结构能减少空气欠平衡钻井时高速气流带来的冲蚀效果，延长使用寿命，提高工作效率，有效保护钻头和钻柱。本发明结构简单、容易制造、可拆分、易于维护。

Description

一种钻柱用双向抗疲劳短接

技术领域：

本发明涉及一种钻柱用双向抗疲劳短接，属于石油行业钻井工程中使用的井下工具，是一种与钻具连接的减震部件。

背景技术：

在石油钻井作业过程中，钻头在产生破岩效果的同时，会产生纵向和周向震动。这些震动会对整个钻柱造成冲击，导致钻柱中某些部件疲劳损坏，降低其使用寿命，造成安全隐患。减震器的使用可以有效吸收这些有害的振动能量，储存或转化为其他形式的能量，减少疲劳损坏，达到保护钻具，提高机械钻速，降低钻井成本的目的。

目前，在国内油田常用的减震器多采用液压式减震器和弹簧式减震器。液压式减震器依靠可压缩硅油腔体的弹性变形来吸收振动能量；弹簧减震器是依靠弹簧元件的变形吸收钻具的振动能量。减震器效果的好坏与减震器的刚度范围有关，就目前技术，弹簧式减震器和液压式减震器的刚度范围有限，且刚度最大值不一定满足一些境况需要。这些常规减震器主要针对减少纵向震动，而针对减少周向扭转震动的减震器较少。在空气欠平衡钻井过程中，使用常规减震器遇到了一些新的难题，暴露了常规减震器在应用于空气钻井时的不足。

发明内容：

本发明的目的是在于提供一种石油行业钻井工程中使用的钻柱用双向抗疲劳短接，特别是用于空气欠平衡钻井，它能吸收钻井过程中钻头和钻柱间纵向和周向有害震动，有效保护钻头和钻柱，提高钻进速度。

本发明采用如下技术方案：本发明一种钻柱用双向抗疲劳短接，主要由上接头、短接主体和下接头连接组成。所述短接主体由花键外筒密封装置、花键外筒、花键、注油嘴、阻尼活塞、油缸、弹簧外筒、上碟簧组、弹簧杆、下碟簧组、油缸上腔室、阻尼流道、油缸下腔室和缓冲橡胶组成。上接头、阻尼活塞和弹簧杆通过螺纹连在一起，组成了可活动的内芯轴部分；而花键外筒、油缸、弹簧外筒和下接头，组成了短接的外壳部分。在该双向抗疲劳短接上设计具有三处减缓和吸收震动的结构：其一是安装在弹簧杆上处于油浴环境的两个碟簧组；其二是油缸内的阻尼活塞；其三是安装在花键处的缓冲橡胶。碟簧组由上碟簧组和下碟簧组组成，采用碟簧组和阻尼活塞为串联结构，可同时起到减缓或吸收纵向震动的作用。

本发明具有如下有益效果：1、结构简单、容易制造、可拆分，易于维护；2、碟簧组和阻尼活塞为串联结构，可同时起到减缓或吸收纵向震动的作用，具有较大的减震行程和减震系数；3、花键处的缓冲橡胶能起到减缓周向震动的作用，减少意外扭矩对钻柱的伤害；4、整个短接的外壳结构经过空气动力学有限元仿真分析，上接头和花键外筒之间形成的优化单叶双曲面结构能有效减少空气欠平衡钻井时高速气流带来的冲蚀效果，延长工作寿命。

附图说明：

图1为本发明一种钻柱用双向抗疲劳短接结构示意图；

图2为图1的B处局部放大图；

图3为图1的A-A剖面图；

图4为图1中上接头和花键外筒之间单叶双曲面结构示意图。

图中：1.上接头，2.花键外筒密封装置，3.花键外筒，4.花键，5.注油嘴，6.阻尼活塞，7.油缸，8.弹簧外筒，9.上碟簧组，10.弹簧杆，11.下碟簧组，12.注油嘴，13.下接头，14.油缸上腔室，15.阻尼流道，16.油缸下腔室，17.缓冲橡胶，18.单叶双曲面结构。

具体实施方式：

本发明的实施例：在图1中，本发明一种钻柱用双向抗疲劳短接主要由上接头1、短接主体和下接头13连接组成。所述短接主体由花键外筒密封装置2、花键外筒3、花键4、注油嘴(5、12)、阻尼活塞6、油缸7、弹簧外筒8、上碟簧组9、弹簧杆10、下碟簧组11、油缸上腔室14、阻尼流道15、油缸下腔室16和缓冲橡胶17组成。

上接头1上部通过螺纹与钻柱联接，下部与阻尼活塞6螺纹联接。花键外筒3、油缸7和弹簧外筒8装配构成了短接主体。短接主体中安装有阻尼活塞6、弹簧杆10、上碟簧组9和下碟簧组11。下接头13上部通过螺纹与短接主体连接，下部可直接连接钻头或钻铤。上接头1和花键外筒3之间形成的优化双曲面结构能有效减少空气欠平衡钻井时高速气流带来的冲蚀效果，延长工作寿命。

在图2中，所述上接头1上设有花键4，通过花键与花键外筒3联接，二者之间采用较大的安装间隙，在此间隙处装有特殊设计的缓冲橡胶17，可起到减缓和吸收周向震动的作用。

在图3中，油缸7上设有注油嘴5，在此注入液压硅油，阻尼活塞6将油缸分成油缸上腔室14和油缸下腔室16两部分，活塞和油缸之间形成狭小的环形阻尼流道15。

在图4中，上接头1和花键外筒3之间，采用单叶双曲面结构，该结构可有效减少空气欠平衡钻井时高速气流带来的冲蚀效果，延长工作寿命。

本发明的工作原理：由上接头1、活塞6、弹簧杆10组成抗疲劳短接芯轴部分，由花键外筒3、油缸7、弹簧外筒8、下接头13组成抗疲劳短接外壳部分，两部分之间可以相对纵向运动。当来自钻头的轴向震动由下接头13传递到短接主体时，短接外壳部分向上运动。此时，弹簧外筒8内的碟簧9和油缸7内的液压油将受到压缩，根据二者的刚度决定其启动先后顺序和压缩大小，且液压油可通过阻尼流道15从油缸上腔室14流向油缸下腔室16，再次起到减震作用。上述两处为串联结构，可同时减缓或吸收纵向震动的作用，具有较大的减震行程和减震系数。当来自钻头的周向震动由下接头13传递到短接主体时，在花键联接4处的缓冲橡胶17能起到减缓周向震动的作用，减少意外扭矩对钻柱的伤害。该抗疲劳短接可同时起到对纵向和周向震动减震的作用，有效保护钻头和钻柱，延长使用寿命，提高工作效率，提高钻进速度。

Claims (4)

1.本发明一种钻柱用双向抗疲劳短接，主要由上接头(1)、短接主体和下接头(13)连接组成，其特征在于，所述短接主体由花键外筒密封装置(2)、花键外筒(3)、花键(4)、注油嘴(5、12)、阻尼活塞(6)、油缸(7)、弹簧外筒(8)、上碟簧组(9)、弹簧杆(10)、下碟簧组(11)、油缸上腔室(14)、阻尼流道(15)、油缸下腔室(16)和缓冲橡胶(17)组成；上接头(1)上部通过螺纹与钻柱联接，下部与阻尼活塞(6)螺纹联接；下接头(13)上部通过螺纹与短接主体连接；上接头(1)、阻尼活塞(6)和弹簧杆(10)通过螺纹连在一起，组成了可活动的内芯轴部分；而花键外筒(3)、油缸(7)、弹簧外筒(8)和下接头(13)，组成了短接的外壳部分。

2.根据权利1所述的一种钻柱用双向抗疲劳短接，其特征在于：采用碟簧组和阻尼活塞(6)为串联结构，可同时起到减缓和吸收纵向震动的作用。

3.根据权利1所述的一种钻柱用双向抗疲劳短接，其特征在于：所述上接头(1)和花键外筒(3)二者之间采用较大安装间隙的花键联接，在此间隙处装有特殊设计的缓冲橡胶(17)，可以起到减缓周向震动的作用。

4.根据权利1所述的一种钻柱用双向抗疲劳短接，其特征在于：整个短接外壳结构经过空气动力学有限元仿真分析，采用上接头(1)和花键外筒(3)之间形成的优化单叶双曲面结构能减少空气欠平衡钻井时高速气流带来的冲蚀，延长工作寿命。

Images